KR20210026310A - Apparatus and manufacturing method for near-zero temperature coefficient of resistance of hybrid resistor fabricated with carbon nanotube and metal alloy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 발열 및 주파수에 따른 저항의 변화가 없는 탄소나노튜브-금속합금 복합 평각 와이어 및 그 제조방법에 관한 기술이다.The present invention relates to a carbon nanotube-metal alloy composite flat-angle wire with no change in resistance depending on electric heating and frequency, and a method of manufacturing the same.
사물인터넷은 네트워크 기반의 사물, 전자 전기기기 등에 센서를 부착하여 데이터를 인터넷으로 주고받는 기술이나 환경을 통칭하는 것으로 기존의 "인터넷에 연결된 기기"와 달리 인간의 조작 없이 사물이 서로의 정보를 공유하며 동작하는 기술이다. 최근 우리 사회는 산업혁명, 정보화혁명을 거쳐 모든 것이 인터넷과 연결되는 사물인터넷 기반의 초 연결 혁명이 진행 중이고 2015년 기준 인터넷에 연결된 사물은 세계 52억 개에서 2020년 260억 개까지 늘어날 전망이다. 이와 같은 초 연결 사회는 자동차 자율주행, 건강 의료, 수면, 요리, 금융 등 사용자가 의식하지 않더라도 필요한 정보를 적합한 시점에 전달해주는 기기가 보편화 될 것으로 예상되고, 이런 사물인터넷(IoT) 혹은 정보통신기술(ICT) 기술을 안전하고 정확하게 통신하기 위해서는 통신을 주고받는 연결, 사물끼리 공통으로 사용하는 언어, 센싱 기술, IoT 서비스 인터페이스 등 여러 기술을 활용해야 하며 이중 핵심 기초 기술은 센싱 기술이다. 감지의 기술은 물체가 평시 상태 A에서, 상태 B로 이동한 형태와 양, 종류 등을 해석하여 반응하게 하는 기술로 센싱과 같은 의미이고 센싱은 보통 변화된 전류의 양을 감지하여 해석할 수 있다. 즉 전력을 측정하고 제어하는 전자 전기 시스템에서 기본적인 구동 방법으로 효율의 최대화, 고장 시 시스템 구성요소 보호와 사물인터넷에서 센싱 정보의 공유 등을 위하여 부하전류(변화전류)의 정확한 센싱이 중요하다. The Internet of Things is a collective term for technology or environment that attaches sensors to network-based objects and electronic and electrical devices to exchange data through the Internet. Unlike existing "Internet-connected devices", things share information with each other without human manipulation. It is a technology that works. In recent years, our society is undergoing an IoT-based hyper-connected revolution in which everything is connected to the Internet through the Industrial Revolution and the Information Revolution. As of 2015, the number of Internet-connected objects is expected to increase from 5.2 billion in the world to 26 billion in 2020. In such a hyper-connected society, devices that deliver necessary information at an appropriate time, such as automobile autonomous driving, health care, sleep, cooking, and finance, even if the user is not aware of it, are expected to become common. In order to safely and accurately communicate (ICT) technology, it is necessary to use a variety of technologies, such as a connection exchanged with communication, a language commonly used between objects, sensing technology, and IoT service interface, among which the core basic technology is sensing technology. The technology of sensing is a technology that interprets and reacts to the shape, amount, and type of an object moving from the normal state A to the state B. It has the same meaning as sensing, and sensing can be interpreted by detecting the amount of changed current. That is, as a basic driving method in an electronic/electrical system that measures and controls power, accurate sensing of load current (change current) is important for maximizing efficiency, protecting system components in case of failure, and sharing sensing information in the IoT.
사물인터넷 센싱 기술의 대부분은 이와 같은 전류에 대한 센싱 기술로 전류 센싱에는 마그네틱 기반의 홀 센싱 기술과 고정 저항기 전류 분배 기반의 션트 고정 저항 센싱 기술로 분류되고 여러 가지 장점으로 인하여 현재 중대용량 이차전지의 핵심 BMS 감지 기술과 최근의 전력 감지 모니터링 및 인터넷 기반의 산업용 사물인터넷(IoT) 시스템에서의 센싱 제어를 포함해 파워 서플라이, UPS, 인버터, 고전력 의료기 등, 정밀 센싱이 필요한 산업에 션트에 의한 센싱 기술이 활용되고 있는 추세이다.Most of IoT sensing technologies are current sensing technologies, and current sensing is classified into magnetic-based Hall sensing technology and shunt fixed resistance sensing technology based on fixed resistor current distribution. Sensing technology by shunt for industries that require precision sensing, such as power supplies, UPS, inverters, and high-power medical devices, including core BMS detection technology and recent power detection monitoring and sensing control in Internet-based industrial Internet of Things (IoT) systems. This is a trend that is being utilized.
도 1은 션트 저항을 이용한 센싱의 전류 분배 방식을 나타낸 도면이다. 션트 저항(110)을 이용한 병렬 구성을 통하여 전류를 분배하도록 되어있고, 션트 저항으로 유입되는 전류량의 변화를 감지하여 동작 명령을 제어할 수 있다. 저항체를 이용한 병렬형 전류분배 방법은 전류를 소모하는 핵심 부품, 그리고 능동 소자 등과 병렬로 적용되어 부품이 필요로 하는 전류를 제외한 전류를 분리(Shunt)시켜 전력 소모를 최소화하며, 변화량을 감지하는 회로를 설계하는 방법으로 션트 저항체의 역할이 가장 중요하다. 그리고 션트 저항쪽으로 흐르는 고정된 전류 값의 변화를 이용하여 측정하고자 하는 대상의 상태 변화에 대한 정보를 확인할 수 있다.1 is a diagram showing a current distribution method of sensing using a shunt resistor. The current is distributed through a parallel configuration using the
그러나 션트 저항(110)은 낮은 저항을 사용하는 만큼 흐르는 전류량은 많아지고 이에 따라 온도가 상승하며, 저항온도 계수(Temperature coefficient resistance 이하 TCR), 즉 온도변화에 따른 저항변화율에 따라 저항이 변화되어 센싱 오작동이 발생하게 된다. 센서가 센싱 대상물의 상태 변화를 감지한 것이 아니라, 션트 저항체의 온도 상승에 따른 저항 값 변화로 인한 전류변화가 발생하여 센싱 오차가 발생하는 것이다.However, as the
따라서, 온도변화에 의한 저항 값의 변화를 최소화할 필요가 있다. 종래의 저항체는 합금의 조성을 조절하여 TCR을 최소화하여 사용하고 있다. 그러나 이 방법으로는 TCR을 완전히 0 (Zero)으로 만들 수는 없다. Therefore, it is necessary to minimize the change in resistance value due to temperature change. Conventional resistors are used by minimizing TCR by controlling the composition of the alloy. However, the TCR cannot be completely zero (Zero) with this method.
금속으로 제작된 저항체에서는 발열에 의한 저항 값의 증가는 물리적인 현상이기 때문에 막을 수 없으며, 발열에 의한 저항 값의 변화를 최소화하기 위해 여러 금속을 합금 형태로 제조하여 저항체의 저항온도계수를 작게 하여 저항 값의 변화를 작게 하는 것이 최선의 방법이라고 여기지고 있다. 구체적으로 기술하면, 저항체의 저항 값은 낮추면서 TCR을 낮추기 위한 방법으로 저항은 작지만 저항온도계수가 큰 금속, 예를 들면 구리 등과 저항은 크지만 저항온도계수가 작은 금속, 예를 들면 망간, 니켈 등을 합금 형태로 제조하여 낮은 저항과 낮은 저항온도계수를 구현하여 사용하고 있으나, 이 방법으로는 완전히 저항온도계수를 0 (Zero)으로 만들 수는 없다. 따라서, 발열에 의한 저항 값의 상승으로 인해 발생하는 검출 전류의 오차를 완전히 제거하지는 못하고 최대한 작게 하여 사용하고 있다.In a resistor made of metal, the increase in the resistance value due to heat generation cannot be prevented because it is a physical phenomenon. In order to minimize the change in the resistance value due to heat generation, several metals are manufactured in an alloy form to reduce the resistance temperature coefficient of the resistor. It is considered the best way to reduce the change in resistance value. Specifically, as a method to lower the TCR while lowering the resistance value of the resistor, metals with small resistance but large resistance temperature coefficients, such as copper, and metals with large resistance but small resistance temperature coefficients, such as manganese, nickel, etc. It is manufactured in the form of an alloy and is used by realizing low resistance and low resistance temperature coefficient, but this method cannot completely make the resistance temperature coefficient 0 (Zero). Therefore, the error of the detection current caused by the increase in the resistance value due to heat generation cannot be completely eliminated, but is used as small as possible.
현재까지 개발된 저항체 중 가장 작은 TCR은 50 ppm/℃정도이며, 이 값은 25℃에서 125℃로 100℃의 온도변화가 발생하는 경우에 1℃당 0.005%의 저항 값의 변화가 수반되며, 최종적으로 약 0.5%의 저항변화를 가진다. 이와 같은 전류 센싱 저항체를 사용한 센서의 경우 센싱 대상물이 0.5% 이내의 미소 상태 변화에 대하여 응답하도록 만들 수 없기 때문에 센싱의 정밀도는 낮아 질 수밖에 없다.Among the resistors developed so far, the smallest TCR is about 50 ppm/℃, and this value is 0.005% change in resistance value per 1℃ in case of a temperature change of 100℃ from 25℃ to 125℃. Finally, it has a resistance change of about 0.5%. In the case of a sensor using such a current sensing resistor, since the sensing object cannot be made to respond to a small state change within 0.5%, the sensing accuracy is inevitably lowered.
그러나, 최근 전기자동차나 에너지 저장 장치 (Energy storage system)에 사용되는 이차전지의 용량이 대형화함과 IoT 센서의 정밀 동작이 요구됨에 따라 통전 유입 전류가 폭발적으로 증가 하고 있고 이에 따른 미세한 전류 검출의 오차가 기기의 동작에 큰 영향을 미치게 되었다. 따라서, 종래의 방식으로 저항온도계수를 최소화하는 것만으로는 기기의 오동작을 완전히 막을 수가 없을 뿐만 아니라 4차 산업 혁명의 시작이 되는 센서의 센싱 기술의 정밀도 상승이 끈임 없이 요구되고 있는 추세이다. 이와 함께 IoT 센서의 사용범위 확대를 위해서는 AC 전류 하에서의 주파수 문제 또한 풀지 못한 숙제로 센싱의 오작동을 초래할 수 있는 물리적 결함을 해결해야 진정한 센싱 초연결 시대를 준비할 수 있다.However, as the capacity of secondary batteries used in electric vehicles or energy storage systems has recently increased and the precise operation of the IoT sensor is required, the energized inrush current is explosively increasing, resulting in minute current detection errors. Has a great influence on the operation of the device. Therefore, simply minimizing the resistance temperature coefficient in a conventional manner cannot completely prevent the malfunction of the device, and there is a trend that there is a constant demand for an increase in the precision of the sensor sensing technology, which is the beginning of the 4th industrial revolution. In addition, in order to expand the range of use of IoT sensors, the problem of frequency under AC current must be solved by solving physical defects that may cause malfunction of sensing, so that we can prepare for the era of true sensing hyperconnectivity.
또다른 문제로서, AC전원에서의 표피 효과가 있다. 도 2는 AC 전원이 인가된 경우의 표피 효과와 침투 깊이(skin depth)를 나타낸 도면이다. 저항의 고정성이 필요한 션트 센서에서 주파수의 문제는 AC 전류가 인가될 때 입력 신호의 주파수가 높을 경우 도체의 표면에서 내부로 갈수록 지수함수적으로 급격히 전자기장이 감쇠하는 효과가 발생하는데 이를 표피 효과(skin effect)라 한다. 직류 전원에 대해서는 도체 전반적으로 전류가 흐르지만, AC 전류가 인가될 때 전류는 도체의 표면에 집중되어, skin depth 이하에 집중적으로 흐르고, 중심부 근처에서는 전류가 거의 흐르지 않아 절연부가 형성된다. 전류가 유효하게 흐르는 깊이, 더욱 구체적으로는 전자기장이 표면에서의 값에서 약 37%로 감쇠하는 깊이를 침투 깊이(skin depth)라 한다. 물질의 전기전도도 (Conductance)가 클수록, 주파수가 높을수록 skin depth가 작아지는 관계에 있다. 공학에서는 실제로 지수함수적으로 감소하는 전류를, 표면에서의 값으로 균일하게 skin depth 깊이까지만 직류와 같이 흐른다고 근사하기도 한다.As another problem, there is a skin effect in AC power. 2 is a diagram showing a skin effect and a skin depth when AC power is applied. The problem of frequency in a shunt sensor requiring a fixed resistance is that when the frequency of the input signal is high when AC current is applied, the electromagnetic field rapidly attenuates exponentially from the surface of the conductor to the inside. skin effect). In the case of DC power, current flows throughout the conductor, but when AC current is applied, the current is concentrated on the surface of the conductor and intensively flows below the skin depth, and near the center, the current hardly flows, forming an insulation part. The depth at which the current flows effectively, more specifically, the depth at which the electromagnetic field is attenuated by about 37% from the value at the surface is referred to as the skin depth. The higher the electrical conductivity of the material and the higher the frequency, the smaller the skin depth. In engineering, the current that actually decreases exponentially is evenly approximated to flow with direct current only up to the depth of the skin depth as a value at the surface.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 통신 케이블이나 전력 송배선의 경우와 같이 여러 가닥의 코어 선으로 선경을 최소화하는 방법과 plate의 두께를 조정하는 방법이 적용된다. 하지만 현재까지 이와 같은 원인으로 종래의 션트 저항은 고주파 전기기기인 통신영역에는 적용이 힘들고 DC 전류 상에서만 사용되고 있다.In order to solve such a problem, a method of minimizing the wire diameter with multiple core wires and a method of adjusting the thickness of the plate, such as in the case of communication cables or power transmission and wiring, are applied. However, for this reason, until now, the conventional shunt resistor is difficult to apply to the communication area, which is a high-frequency electric device, and is used only on a DC current.
종래의 션트 저항체는 전류 분배형 션트 고정 저항기의 기본적 4가지 특성(높은 정격전력, 낮은 TCR, 낮은 주파수특성, 낮은 저항 값을 만족하기 위하여, Plate type , 금속 bulk type, wire wound type의 세 가지 형태로 나누어지며 가장 많이 적용되고 사용되는 와이어 와운드 타입의 션트 저항은 세라믹 봉에 저항체 와이어를 감고 세라믹의 양단에 금속 캡을 씌운 뒤 몰딩하여 제작된다. 도 3은 종래의 와이어 운드 타입(wire wound type)의 션트 저항을 나타낸 도면이다. 종래의 와이어 운드 타입의 션트 저항(300)은, 도선(310)이 몸체가 되는 막대(320)에 감겨 구성되고, 도체인 캡(330)과 연결되도록 구성되어 있다. 캡(330)을 통해 외부의 도체(340)와 연결되어 통전할 수 있도록 구성되어 있다.Conventional shunt resistors have three basic characteristics (high rated power, low TCR, low frequency characteristics, and low resistance values, plate type, metal bulk type, and wire wound type in order to satisfy the four basic characteristics of a current distribution type shunt fixed resistor). The wire-wound type shunt resistor, which is divided into and used most often, is manufactured by winding a resistor wire around a ceramic rod, putting metal caps on both ends of the ceramic, and molding. A diagram showing the shunt resistance of .) A conventional wire-wound
본 발명에서는 종래의 기술이 추구하던 바와 같이 저항온도계수를 낮추는 것이 아니라, 완전히 저항온도계수를 0에 근접하게 만들어 온도변화에 의한 저항의 변화를 발생시키지 않는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method that does not lower the resistance temperature coefficient as pursued by the prior art, but completely makes the resistance temperature coefficient close to zero and does not cause a change in resistance due to temperature change.
또한, 본 발명에서는, 입력 신호의 주파수에 의해서 전류가 저항 재료의 표면 쪽으로만 이동하는 현상을 크게 줄일 수 있고, 이로 인하여 AC 전원에 대하여 사용 가능한 션트 저항을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, in the present invention, it is possible to greatly reduce the phenomenon that the current moves only toward the surface of the resistive material due to the frequency of the input signal, and thus, an object of the present invention is to provide a shunt resistor that can be used with respect to an AC power source.
본 발명에서는, 온도가 증가함에 따라 저항이 증가(+)하는 금속 또는 합금과, 온도에 따라 저항이 감소(-)하는 탄소나노튜브를 결합하여 온도의 증가에 따라 발생하는 저항의 증가분과 감소분을 같게 제작함으로써 저항온도계수를 0으로 만드는 방법이 개시된다.In the present invention, by combining a metal or alloy whose resistance increases (+) as the temperature increases, and carbon nanotubes whose resistance decreases (-) according to the temperature, the increase and decrease of the resistance generated as the temperature increases. A method of making the resistance temperature coefficient zero by making the same is disclosed.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 저항체는 양의 열저항 계수를 갖는 금속 도체; 및 음의 열저항 계수를 갖는 탄소나노튜브 섬유를 포함하고, 금속 도체 및 탄소나노튜브 섬유는 외부의 도체와 연결되고, 금속 도체 및 탄소나노튜브 섬유는 서로 병렬로 연결되도록 결합되어 구성될 수 있다.The composite resistor according to an embodiment of the present invention includes a metal conductor having a positive coefficient of thermal resistance; And a carbon nanotube fiber having a negative coefficient of thermal resistance, wherein the metal conductor and the carbon nanotube fiber are connected to an external conductor, and the metal conductor and the carbon nanotube fiber may be connected to each other in parallel. .
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 저항체를 제조하기 위한 제조방법은 양의 열저항 계수를 갖는 복수의 금속 도체를 압연하는 제1단계; 음의 열저항 계수를 갖는 탄소나노튜브 섬유를 복수의 금속 도체 사이에 위치시키는 제2단계; 복수의 금속 도체 및 탄소나노튜브 섬유를 결합하여 복합 와이어를 생성하는 제3단계; 및 복합 와이어를 저항 본체에 연결하여 복합 저항체를 제조하는 제4단계를 포함할 수 있다.A manufacturing method for manufacturing a composite resistor according to an embodiment of the present invention includes: a first step of rolling a plurality of metal conductors having a positive coefficient of thermal resistance; A second step of placing carbon nanotube fibers having a negative thermal resistance coefficient between a plurality of metal conductors; A third step of forming a composite wire by combining a plurality of metal conductors and carbon nanotube fibers; And a fourth step of manufacturing a composite resistor by connecting the composite wire to the resistor body.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 온도 증가에 따라 저항이 증가하는 금속과, 저항이 감소하는 탄소나노튜브를 결합함으로써 저항온도계수, 즉 온도 증가에 따라 변하는 저항의 값을 0으로 만들어, 기기 작동에 따른 발열에도 불구하고 저항값의 변화가 없는 저항체를 만들 수 있다.According to various embodiments of the present invention, by combining a metal whose resistance increases with increasing temperature and a carbon nanotube whose resistance decreases, the resistance temperature coefficient, that is, the value of the resistance that changes according to the temperature increase, is made 0, and the device is operated. It is possible to make a resistor that does not change the resistance value despite the heat generated by it.
나아가, 저항온도계수가 0인 션트 저항을 센서에 이용하게 되면, 센싱 등에서 작은 전기적 상태 변화에 대하여 측정·응답할 수 있도록 하여 높은 센싱 정밀도를 확보할 수 있다. 또한 저항 변화에 따른 센싱 오작동을 방지하는 효과도 있다.Furthermore, when a shunt resistor having a resistance temperature coefficient of 0 is used for a sensor, it is possible to measure and respond to small electrical state changes in sensing, etc., thereby securing high sensing precision. In addition, there is an effect of preventing a sensing malfunction due to a change in resistance.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력 신호의 주파수에 의해서 전류가 저항 재료의 표면 쪽으로만 이동하는 현상을 크게 줄일 수 있고, 이로 인하여 AC 전원에 대하여 사용 가능한 션트 저항을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to greatly reduce a phenomenon in which the current moves only toward the surface of the resistive material due to the frequency of the input signal, thereby providing a shunt resistor usable for AC power.
본 발명에서 제안하는 저항체를 사용함으로써 온도변화에 의한 저항의 변화가 제거되어, 전류 검출 시 오차가 발생하지 않는, 신뢰성이 높은 전류 검출이 가능하다. 따라서, 전기자동차나 에너지 저장 장치 (Energy storage system)에 사용되는 이차전지의 충전과 방전 시의 오동작을 제거할 수 있으며 오동작에 의한 사고를 예방할 수 있다. 또한 AC 주파수에서의 표피효과가 최소화되어 고주파를 사용하는 통신 영역의 설비에도 적용 가능한 션트 저항을 제작할 수 있다.By using the resistor proposed in the present invention, a change in resistance due to a change in temperature is eliminated, so that an error does not occur when detecting a current, and high reliability current detection is possible. Accordingly, malfunction during charging and discharging of secondary batteries used in electric vehicles or energy storage systems can be eliminated, and accidents caused by malfunctions can be prevented. In addition, the skin effect at AC frequency is minimized, so it is possible to manufacture a shunt resistor applicable to equipment in the communication area using high frequency.
나아가, 이렇게 정밀도가 상승된 션트 저항을 IoT 기반 정밀 센서의 해석기에 포함시킴으로써, 전류 변화를 감지하는 모든 센서에 대한 정밀도를 향상 시킬 수 있고 오작동 등을 최소화 할 수 있어 안전한 설계가 가능하게 한다.Furthermore, by including the shunt resistance with increased precision in the analyzer of the IoT-based precision sensor, it is possible to improve the precision of all sensors that detect current changes and minimize malfunctions, thereby enabling a safe design.
도 1은 종래의 션트 저항을 이용한 센싱의 전류 분배 방식을 나타낸 도면이다.
도 2는 AC 전원이 인가된 경우의 표피 효과와 침투 깊이(skin depth)를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 와이어 운드 타입(wire wound type)의 션트 저항을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 저항체의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합 저항체를 제조하기 위한 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 복합 저항체를 제조하기 위한 제조방법의 각 단계를 상세하게 표현한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 금속 도체의 압연 공정에 따라, 침투 깊이 이하로 압연된 금속 도체를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 섬유의 나사선에 따른 저항 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 섬유 각각의 온도에 따른 저항 값 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 금속 도체의 TCR과 복합 저항체의 TCR의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11는 본 발명의 실시예에 따른 금속 도체, 탄소나노튜브 섬유 및 복합 저항체의 온도에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a diagram showing a current distribution method of sensing using a conventional shunt resistor.
2 is a diagram showing a skin effect and a skin depth when AC power is applied.
3 is a diagram showing a shunt resistance of a conventional wire wound type.
4 is a diagram showing the configuration of a composite resistor according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart showing a manufacturing method for manufacturing a composite resistor according to an embodiment of the present invention.
6A to 6C are diagrams showing in detail each step of a manufacturing method for manufacturing a composite resistor according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a metal conductor rolled to a depth of penetration or less according to the rolling process of the metal conductor according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a change in resistance value according to a thread of a carbon nanotube fiber according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a change in resistance value according to temperature of each carbon nanotube fiber according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the relationship between the TCR of the metal conductor and the TCR of the composite resistor according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a change in resistance according to temperature of a metal conductor, a carbon nanotube fiber, and a composite resistor according to an embodiment of the present invention.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description have been omitted, and the same reference numerals are attached to the same or similar components throughout the specification.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
이하에서, '저항체'(resistor)는 전기적으로 저항의 특성을 갖는 물체를 말하고, '저항 값'(resistance)은 옴의 법칙에서 전류와 전압의 비를 나타내는 수치를 말한다. Hereinafter,'resistor' refers to an object having electrical resistance characteristics, and'resistance' refers to a value representing the ratio of current and voltage in Ohm's Law.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 저항체의 구성을 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing the configuration of a composite resistor according to an embodiment of the present invention.
일 실시예에 따른 복합 저항체는, 저항 본체; 양의 열저항 계수를 갖는 금속 도체(410); 음의 열저항 계수를 갖는 탄소나노튜브 섬유(420)를 포함하고, 금속 도체 및 탄소나노튜브 섬유는 외부의 도체(450)와 병렬로 연결되고, 금속 도체 및 탄소나노튜브 섬유는 서로 병렬로 연결되도록 결합되어 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 금속 도체(410)와 탄소나노튜브 섬유(420)는 결합하여 복합 와이어(430)를 구성할 수 있고, 나아가, 저항 본체(440)에 결합되어 지지될 수 있다.A composite resistor according to an embodiment includes: a resistor body; A
금속 도체(410)는 금속으로 이루어져 전류를 통할 수 있는 물체로서, 여기서 '금속'은, 합금을 포함하는 넓은 개념을 말한다. 금속의 종류에 한정 되지 않는다. 금속 도체(410)는 일반적으로 양(+)의 TCR을 갖는다.The
일 실시예에 따르면, 금속 도체(410)는 합금으로서 구리 (Cu) 및 니켈 (Ni)을 결합하여 제작될 수 있다. 금속 도체(410)는 구리와 니켈의 합금으로 구성될 수 있다. 이를 통하여 탄소나노튜브 섬유 저항의 저항 및 TCR 특성에 맞출 수 있다. 또한 구리 니켈 합금 형태로 제조하여 낮은 저항 값과 낮은 TCR를 구현할 수 있다. 본 발명에서서 TCR 특성을 주된 목적으로 하나, 저항 값이 낮은 물질로 제작되는 것은 션트 저항의 기본적인 특성으로서 바람직한 조건이 된다.According to an embodiment, the
일 실시예에 따르면, 탄소나노튜브 섬유(420)는 탄소나노튜브로 구성된 저항선으로서 음(-)의 TCR을 가질 수 있다.According to an embodiment, the
탄소 나노 튜브 (탄소나노튜브)는 강한 탄소 이중 결합을 가지는 6 각형 탄소 구조로 구성되어 있기 때문에, 일렉트로 마이그레이션 현상은 무시할 수 있다. 탄소나노튜브는 거의 완벽한 1 차원 구조이므로, 탄소나노튜브는 격자 또는 입자 경계 산란이 없는 탄도 운반에 적용될 것으로 지적된다. 이러한 이유로 탄소나노튜브가 전도성 재료 후보로 많은 관심을 끌었다. 또한, 탄소나노튜브는 평균적으로 반도체 성을 나타낸다. CVD로 증착한 탄소나노튜브에서는 약 1/3은 금속성이 나타나고, 2/3은 반도체 성을 나타낸다. CVD에 의해 성장 된 탄소나노튜브의 평균 전기 특성은 반도체와 같이 음(-)의 TCR 특성을 가진다. 따라서 양(+)의 TCR을 가지는 금속 도체(410)와 음(-)의 TCR을 가지는 탄소나노튜브 섬유를 병렬로 연결하여 거의 0에 가까운 TCR을 가지는 하이브리드 타입 저항체를 제작할 수 있다. 온도의 증가에 따라 발생하는 저항의 증가분과 감소분을 같게 제작하여 저항온도계수가 0인 저항을 제조하는 것이다.Since carbon nanotubes (carbon nanotubes) are composed of hexagonal carbon structures with strong carbon double bonds, the electromigration phenomenon is negligible. Since carbon nanotubes have an almost perfect one-dimensional structure, it is pointed out that carbon nanotubes will be applied to ballistic transport without lattice or particle boundary scattering. For this reason, carbon nanotubes have attracted a lot of attention as a conductive material candidate. In addition, carbon nanotubes exhibit semiconducting properties on average. In carbon nanotubes deposited by CVD, about 1/3 shows metallicity and 2/3 shows semiconducting properties. The average electrical characteristics of carbon nanotubes grown by CVD have negative TCR characteristics like semiconductors. Therefore, it is possible to manufacture a hybrid type resistor having a TCR close to zero by connecting a
일 실시예에서, 금속 도체(410)와 탄소나노튜브 섬유(420)는 결합하여 복합 와이어(430)를 구성할 수 있다. 복합 와이어(430)는 금속 도체(410)와 탄소나노튜브 섬유(420)가 외부 도체(450)와 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다. In one embodiment, the
금속 도체(410)와 탄소나노튜브 섬유(420)가 결합하여 복합 와이어(430)를 구성하는 방법은 다양할 수 있다. 예를 들면, 두 가닥은 평행하게 연결된 두 가닥의 결합일 수 있다. 또는, 금속 도체 및/또는 탄소나노튜브 섬유가 둘 이상으로 구성되어 탄소나노튜브 섬유가 금속 도체 사이에 위치하거나, 금속 도체가 탄소나노튜브 섬유 사이에 위치하도록 구성될 수 있다. 복합 와이어는 금속 도체 사이에 탄소나노튜브 섬유가 코어형태로 삽입된 형태일 수도 있다. 구체적으로 금속 도체와 탄소나노튜브 섬유는 그 단면이 동심원을 가지고, 금속 도체는 나노튜브 섬유의 외면을 따라 감싸도록 배치될 수 있다. 또는, 단면이 사각형 내지는 직사각형인 평각 와이어, 즉 금속 도체는 평면인 제1금속 도체와 제2금속 도체를 포함하고, 탄소나노튜브 섬유는 제1금속 도체와 제2금속 도체 사이에 배치되고, 제1금속 도체와 제2금속 도체는 일부가 서로 맞닿도록 구성될 수 있다.A method of configuring the
일 실시예에 따르면, 복합 와이어(430)는 그 자체로서 저항체로 구성될 수 있고, 저항 본체(440)와 결합되어 구성될 수도 있다. 저항 본체(440)는 절연체인 막대부와 도체인 캡을 포함할 수 있다. 캡은 외부 도체(450)와 결합하여 통전하도록 구성될 수 있는데, 복합 와이어(430)는 이 캡과 연결되도록 구성되어 외부의 도체(450)와 통전하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합 저항체를 제조하기 위한 제조방법을 나타내는 흐름도이다.5 is a flowchart showing a manufacturing method for manufacturing a composite resistor according to an embodiment of the present invention.
일 실시예에 따른 복합 저항체를 제조하기 위한 제조방법은 양의 열저항 계수를 갖는 복수의 금속 도체를 압연하는 제1단계; 음의 열저항 계수를 갖는 탄소나노튜브 섬유를 복수의 금속 도체 사이에 위치시키는 제2단계; 복수의 금속 도체 및 탄소나노튜브 섬유를 결합하여 복합 와이어를 생성하는 제3단계; 및 복합 와이어를 저항 본체에 연결하여 복합 저항체를 제조하는 제4단계를 포함할 수 있다.A manufacturing method for manufacturing a composite resistor according to an embodiment comprises: a first step of rolling a plurality of metal conductors having a positive coefficient of thermal resistance; A second step of placing carbon nanotube fibers having a negative thermal resistance coefficient between a plurality of metal conductors; A third step of forming a composite wire by combining a plurality of metal conductors and carbon nanotube fibers; And a fourth step of manufacturing a composite resistor by connecting the composite wire to the resistor body.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 복합 저항체를 제조하기 위한 제조방법의 각 단계를 상세하게 표현한 도면이다.6A to 6C are diagrams showing in detail each step of a manufacturing method for manufacturing a composite resistor according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 도 5의 제1단계(S510)와 대응되는 도면이다. 환선(610)으로 제작된 합금저항체를 압연공정을 통해 주파수 특성이 우수한 평각 압연선 형태의 금속 도체(620)로 제작할 수 있다. 이와 같은 형태는 주파수의 영향을 적게 받기 위한 것이다. 급속 도체를 압연선 형태로 제작할 경우, 주파수의 영향을 덜 받아 AC 전원에도 적용이 가능한 션트 저항을 만들 수 있다. 나아가 두께를 침투 깊이 이하로 제작할 경우, 주파수 특성에 더욱 안정할 수 있다.6A is a diagram corresponding to the first step S510 of FIG. 5. The alloy resistor made of the
도 6b는 도 5의 제2단계(S520)와 대응되는 도면이다. 탄소나노튜브 섬유(630)를 복수의 금속 도체(620) 사이에 위치시킨다. 이와 같이 위치시킴으로써 탄소나노튜브 섬유가 코어의 형태로 금속 도체와 결합되는 것을 용이하게 할 수 있다. 6B is a diagram corresponding to the second step S520 of FIG. 5. The
도 6c는 도 5의 제3단계(S530)와 대응되는 도면이다. 복수의 금속 도체(620)와 탄소나노튜브 섬유(630)는 결합하여 복합 와이어(640)를 구성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 금속 도체 및 탄소나노튜브 섬유를 결합하여 복합 와이어를 생성하는 제3단계는 예를 들면 SPOT WELDING(SPOT 용접 또는 스팟 용접) 방식으로 수행될 수 있다. 복수의 금속 도체(620) 각각에 전원을 인가하여 SPOT WELDING하고, 길이 방향을 따라 연속적으로 이를 수행하여 결합된 복합 와이어(640)를 제조할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이러한 방식에 의하여 평각 복합 와이어를 제조할 수 있다. 도면에서 복수의 금속 도체 및 탄소나노튜브 섬유는 SPOT WELDING 방식으로 결합된 예를 도시하였으나, 이 외에도 복수의 금속 도체 및 탄소나노튜브 섬유는 결합할 수 있는 다양한 방식 및 기술에 의하여 복합 와이어(640)를 구성할 수 있다. 복수의 금속 도체 사이에 탄소나노튜브를 코어 형태로 삽입하여 3층의 션트 재료가 병렬로 구성될 수 있게 제작하여 복합 와이어(640)를 제조하고, 나아가 이를 저항 본체와 결합하여 복합 저항체를 제작할 수 있다. 복합 와이어와 복합 저항체의 용어를 구분하였지만, 복합 와이어는 그 자체로 복합 저항체로서 기능할 수 있으므로, 그 용어에 의해 구성이 제한되지 않는다.6C is a diagram corresponding to the third step S530 of FIG. 5. A plurality of
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 금속 도체의 압연 공정에 따라, 침투 깊이 이하로 압연된 금속 도체를 나타낸 도면이다.7 is a view showing a metal conductor rolled to a depth of penetration or less according to the rolling process of the metal conductor according to an embodiment of the present invention.
금속 도체의 두께가 침투 깊이 이하가 되도록 구성하거나, 나아가 이러한 두께를 가지는 평각 복합 와이어를 구성하는 경우, 주파수 특성이 우수하여 AC 전원에 적용 가능한 션트 저항으로 적용가능하다. 구체적으로, AC 전원이 인가되어 표피 효과가 발생하여도, 금속 도체의 두께가 침투 깊이 이하이므로, 전류가 흐르지 않고 절연부처럼 기능하는 부분이 없기 때문에, 전류는 직류에서와 같이 잘 흐르게 된다. 따라서 종래 션트 저항이 AC 저항에 적용되기 어려웠던 문제를, 이와 같이 해결할 수 있다.When the thickness of the metal conductor is configured to be less than or equal to the penetration depth, or when a flat-angle composite wire having such a thickness is configured, the frequency characteristic is excellent, and thus it can be applied as a shunt resistance applicable to an AC power source. Specifically, even when AC power is applied and the skin effect occurs, since the thickness of the metal conductor is less than or equal to the penetration depth, current does not flow and there is no part that functions like an insulating part, so that current flows well as in direct current. Accordingly, the problem in which the conventional shunt resistor is difficult to be applied to the AC resistance can be solved in this way.
이하에서 일 실시예에 따른 구체적인 제조 실험 내용에 관하여 설명하도록 한다.Hereinafter, details of a specific manufacturing experiment according to an embodiment will be described.
탄소나노튜브 섬유는 CVD에 의해 실리콘 웨이퍼 상에 탄소나노튜브를 방사함으로써 제조할 수 있다. 일 실시예에 따르면 탄소나노튜브 섬유 저항은 세라믹 막대에 탄소나노튜브 섬유를 감아서 제작될 수 있다. 여기서, 세라믹 막대에 감겨진 탄소나노튜브 섬유의 양쪽 끝에 금속 단자가 연결될 수 있다. 탄소나노튜브 저항기의 저항 값 및 TCR과 같은 전기적 특성을 측정한다. 금속 합금 저항은 구리(Cu) 및 니켈 (Ni)을 결합하여 제작될 수 있는데, 이것은 탄소나노튜브 섬유 저항의 저항 및 TCR 특성에 맞추기 위한 것이다.Carbon nanotube fibers can be produced by spinning carbon nanotubes on a silicon wafer by CVD. According to an embodiment, the carbon nanotube fiber resistance may be manufactured by winding carbon nanotube fibers around a ceramic rod. Here, metal terminals may be connected to both ends of the carbon nanotube fibers wound around the ceramic rod. Electrical properties such as resistance value and TCR of carbon nanotube resistors are measured. Metal alloy resistance can be produced by combining copper (Cu) and nickel (Ni), which is to match the resistance and TCR characteristics of the carbon nanotube fiber resistance.
설계된 양의 Ni 및 Cu를 용융시켜 각각의 잉곳 형 금속 합금을 제조한다. 진공 용해로에서. 제조된 각 잉곳은 균일한 분산을 위해 어닐링되었다. 그리고 분리 제거 방법에 의해 농도가 조정되었다. 마지막으로, 열연 법에 의해 금속 도체 와이어를 제작했다. 제조된 금속 도체 와이어의 원자 조성은 에너지 분산 X- 선 분석(EDX)을 사용하여 디자인된 조성 결과를 확인했다.Each ingot-type metal alloy is prepared by melting the designed amount of Ni and Cu. In a vacuum melting furnace. Each of the prepared ingots was annealed for uniform dispersion. And the concentration was adjusted by the separation and removal method. Finally, a metal conductor wire was produced by the hot rolling method. The atomic composition of the prepared metal conductor wire confirmed the designed composition result using energy dispersive X-ray analysis (EDX).
일 실시예에 따른 복합 저항은 앞에서 설명한 두 종류의 저항, 탄소나노튜브 섬유 및 금속 도체를 병렬로 연결하여 제작되었다. 일 실시예에서, 복합 저항은 먼저, 금속 캡 및 리드 와이어로 구성된 저항 본체에 금속 합금 와이어를 감았다. 그리고 와이어의 양쪽 단부는 스폿 용접 방법에 의해 저항 본체에 고정되고 전기적으로 연결된다. 마지막으로 탄소나노튜브 섬유를 저항 본체에 감고, 은 페이스트(silver paste)를 이용하여 고정하고 전기적으로 연결한다. 전기적 특성은 저항 값 및 TCR 측면에서 측정되었다. TCR 측정은 진공로에서 25℃부터 125℃까지, 5℃간격으로 증가시키며 측정되었다.The composite resistor according to an embodiment was manufactured by connecting the two types of resistors described above, a carbon nanotube fiber, and a metal conductor in parallel. In one embodiment, the composite resistor first wound a metal alloy wire around a resistor body composed of a metal cap and a lead wire. And both ends of the wire are fixed to the resistance body and electrically connected by a spot welding method. Finally, the carbon nanotube fibers are wound around a resistor body, fixed using silver paste, and electrically connected. Electrical properties were measured in terms of resistance values and TCR. TCR was measured in a vacuum furnace from 25°C to 125°C, increasing at 5°C intervals.
이 작업에 사용된 탄소나노튜브 섬유의 나사선은 직경 75μm 및 비틀림 각도 22.8도를 나타냈다. 탄소나노튜브 섬유는 다중 벽 탄소나노튜브 (MW탄소나노튜브)의 많은 스레드로 구성된다. 탄소나노튜브 섬유의 전기적 특성을 측정하고 도 8에 나타내었다. 도 8에 도시 된 바와 같이 스레드의 수가 증가함에 따라 탄소나노튜브 섬유의 저항이 감소하였다. 4 개의 탄소나노튜브 섬유는, 탄소나노튜브 섬유의 10 스레드를 꼬아서 제작되었고, 도 9에 도시 된 바와 같이 약 8 내지 10 Ω의 저항 값을 나타냈다.The thread of the carbon nanotube fiber used in this work had a diameter of 75 μm and a twist angle of 22.8 degrees. Carbon nanotube fibers are composed of many threads of multi-walled carbon nanotubes (MW carbon nanotubes). Electrical properties of the carbon nanotube fibers were measured and shown in FIG. 8. As shown in FIG. 8, as the number of threads increased, the resistance of the carbon nanotube fibers decreased. Four carbon nanotube fibers were manufactured by twisting 10 threads of carbon nanotube fibers, and as shown in FIG. 9, resistance values of about 8 to 10 Ω were exhibited.
4 개의 탄소나노튜브 섬유로된 저항의 TCR은 수학식 1에 따라 계산되었다. 여기서 R1과 R2는 각각 온도 T1과 T2에서의 저항이다.The TCR of the resistance of 4 carbon nanotube fibers was calculated according to
스레드 수가 증가함에 따라 탄소나노튜브 섬유의 저항은 감소하지만, 이들의 TCR은 도 9에 도시 된 바와 같이 -800 내지 -900 ppm / ℃로 거의 고정되었다. 도 9에서 온도에 따른 저항 변화는 선형에 가깝고, 그 기울기가 4 개의 탄소나노튜브 섬유에서 유사함을 확인할 수 있다. 탄소나노튜브 섬유는 반도체의 평균적인 특성과 같이 음성 TCR을 보였다. CVD로 증착한 탄소나노튜브에서는 약 1/3은 금속성이 나타나고, 2/3은 반도체 성을 나타낸다. 따라서 CVD로 증착한 탄소나노튜브에서 평균 전기 특성은 반도체 특성이 되어 음성 TCR을 초래한다.As the number of threads increased, the resistance of the carbon nanotube fibers decreased, but their TCR was almost fixed at -800 to -900 ppm/℃ as shown in FIG. 9. In FIG. 9, it can be seen that the change in resistance according to temperature is close to linear, and the slope is similar in the four carbon nanotube fibers. Carbon nanotube fibers showed negative TCR, like the average characteristics of semiconductors. In carbon nanotubes deposited by CVD, about 1/3 shows metallicity and 2/3 shows semiconducting properties. Therefore, in carbon nanotubes deposited by CVD, the average electrical properties become semiconductor properties, resulting in negative TCR.
저항 값 및 TCR과 같은 요구 사항을 충족시키기 위해, 금속 합금 저항은 고정된 저항 값, 그리고 탄소나노튜브 섬유 저항의 TCR과 크기는 같으면서도 양성인 TCR을 갖도록 설계되었다. 낮고 고정된 저항은 Cu에 의해 제공 될 수 있고, TCR은 다른 중량 퍼센트로 Ni를 첨가함으로써 조정될 수 있다. 금속 합금 도체의 TCR이 400 - 1300 ppm /℃사이에서 조정되도록 부가되는 Ni의 양은 달라질 수 있다. 그리고 금속 도체의 저항 값은 길이를 변경하여 조정되었다. 표 1과 같이 다양한 합금 및 탄소나노튜브 섬유 조합을 구성하여 실험을 진행했다.In order to meet requirements such as resistance value and TCR, the metal alloy resistance is designed to have a fixed resistance value, and a TCR that is the same size as the TCR of the carbon nanotube fiber resistance, but which is positive. The low and fixed resistance can be provided by Cu, and the TCR can be adjusted by adding Ni in different weight percentages. The amount of Ni added may vary so that the TCR of the metal alloy conductor is adjusted between 400-1300 ppm /°C. And the resistance value of the metal conductor was adjusted by changing the length. Experiments were conducted by configuring various combinations of alloys and carbon nanotube fibers as shown in Table 1.
금속 합금 도체의 전기적 특성 (R[Ω], TCR[ppm/°C])To correspond to each carbon nanotube fiber sample
Electrical properties of metal alloy conductors (R[Ω], TCR[ppm/°C])
금속 합금 저항기 샘플의 원자 조성은 EDX에 의해 컨펌되었다. EDX 결과는 금속 합금이 설계된대로 성공적으로 준비되었음을 나타내었다. 일부 시료에서 검출 된 미량 원소 망간은 구리 (Cu)에 포함 된 오염 물질이었지만 금속 합금 저항기의 전기적 특성에 별다른 영향이 없었다.The atomic composition of the metal alloy resistor sample was confirmed by EDX. The EDX results indicated that the metal alloy was successfully prepared as designed. The trace element manganese detected in some samples was a contaminant contained in copper (Cu), but had no significant effect on the electrical properties of the metal alloy resistors.
탄소나노튜브 섬유와 금속 합금으로 구성된 복합 저항체기는 병렬로 연결하여 제작되었다. 4개의 탄소나노튜브 섬유 저항 샘플(금속 도체와 저항의 크기가 같고, 음의 TCR을 가진다)이 6개의 금속 합금 저항(400 ~ 1300 ppm /℃사이의 양의 TCR을 가진다)과 병렬로 연결되도록 하여 24개의 복합 저항체 조합을 생성했다. 복합 저항체의 저항 값은 병렬로 연결되었기 때문에, 동일한 저항을 갖는 탄소나노튜브나 금속 합금 저항 값의 절반이었다. 복합 저항체의 TCR을 측정한 그래프를 도 10에 도시했다.A composite resistor composed of carbon nanotube fibers and metal alloys was manufactured by connecting them in parallel. Four carbon nanotube fiber resistance samples (with the same resistance as the metal conductor and with a negative TCR) are connected in parallel with six metal alloy resistors (with a positive TCR between 400 and 1300 ppm /℃). Thus, 24 composite resistor combinations were produced. Since the resistance value of the composite resistor was connected in parallel, it was half of the resistance value of carbon nanotubes or metal alloys having the same resistance. A graph measuring the TCR of the composite resistor is shown in FIG. 10.
복합 저항체의 TCR은 금속 합금 저항의 TCR에 따라 선형적으로 증가했다. 복합 저항체는, 저항 값의 크기는 같고 TCR의 부호가 반대인 것들의 조합에서 거의 0의 TCR을 나타낼 것으로 기대했다. 예를 들면 865ppm /℃의 탄소나노튜브 섬유와 +865 ppm /℃의 금속 합금 저항에서 0의 TCR을 나타낼 것으로 기대했다. 7.94Ω 및 -870ppm /℃의 탄소나노튜브 저항기 샘플 #1의 경우, 25℃에서 125℃로 온도를 올릴 때의 금속 합금 저항기의 예상 저항 증가는 0.69Ω이고, 탄소나노튜브 섬유 저항의 예상 저항 감소는 0.69Ω이었다. 따라서 병렬로 연결함에 따라 저항 변화는 상호 보완되어 0이될 것으로 기대했다. 그러나 Near Zero TCR 복합 저항체는 실제로, 약 1100 ppm /℃의 금속 합금 저항기에서 구성되었다. -865 ppm /℃의 탄소나노튜브 섬유 및 1100 ppm /℃의 금속 도체로 구성된 복합 저항체는 탄소나노튜브 저항 샘플 #1에서 -2 ppm /℃를 나타내었고, 탄소나노튜브 저항 샘플 #2의 경우 -8ppm /℃, 탄소나노튜브 저항 샘플 #3의 경우 -24ppm /℃, 마지막으로 탄소나노튜브 저항 샘플 #4의 경우 -14ppm /℃를 나타내었다. 복합 저항체가 연결된 리드선(lead wire)이 탄소나노튜브 섬유 저항 또는 금속 합금 저항과 완전히 다른 저항 및 TCR을 가지고 있기 때문에 생긴 것으로 파악된다.The TCR of the composite resistor increased linearly with the TCR of the metal alloy resistance. The composite resistor was expected to exhibit a TCR of almost zero in a combination of those with the same resistance value and opposite signs of the TCR. For example, it was expected to show a TCR of 0 at a carbon nanotube fiber of 865 ppm/℃ and a metal alloy resistance of +865 ppm/℃. For
마침내, 도 11과 같이 5℃씩 단계적으로 상승시키면서 측점함으로써 near zero TCR을 측정했다. 금속 도체의 TCR(윗방향 삼각형)이 온도에 따라 증가하여 양의 TCR이 발생하나, 탄소나노튜브 섬유의 TC (아랫방향 삼각형)이 온도에 따라 감소하여 음수가 되고, 따라서 금속 도체와 탄소나노튜브 섬유 저항으로 구성된 복합 저항체가 열적 안정성을 갖춘 0에 가가운 TCR을 보여준다다. 이는 온도 변화에도 저항의 변화가 거의 없는 것을 통해 확인할 수 있다. Finally, as shown in FIG. 11, the near zero TCR was measured by measuring points while increasing step by step by 5°C. The TCR (upper triangle) of the metal conductor increases with temperature, resulting in a positive TCR, but the TC (downward triangle) of the carbon nanotube fiber decreases with the temperature and becomes negative. Therefore, the metal conductor and the carbon nanotube The composite resistor composed of fiber resistance shows a TCR close to zero with thermal stability. This can be confirmed through the fact that there is little change in resistance even with temperature change.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains, since the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. Only do it. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .
110 : 션트 저항
300 : 종래의 와이어 운드 타입 션트 저항
310 : 도선
320 : 몸체가 되는 막대
330 : 캡
340 : 외부의 도체
410 : 금속 도체
420 : 탄소나노튜브 섬유
430 : 복합 와이어
440 : 저항 본체
450 : 외부의 도체
610 : 환선
620 : 압연된 금속 도체
630 : 탄소나노튜브 섬유
640 : 복합 와이어110: shunt resistance
300: Conventional wire-wound type shunt resistor
310: conductor 320: a rod that becomes a body
330: cap 340: outer conductor
410: metal conductor 420: carbon nanotube fiber
430: composite wire 440: resistance body
450: external conductor 610: round wire
620: rolled metal conductor 630: carbon nanotube fiber
640: composite wire
Claims (10)
음의 열저항 계수를 갖는 탄소나노튜브 섬유를 포함하고,
상기 금속 도체 및 상기 탄소나노튜브 섬유는 외부의 도체와 연결되고,
상기 금속 도체 및 상기 탄소나노튜브 섬유는 서로 병렬로 연결되도록 결합되어 구성되는, 복합 저항체.
Metal conductors with a positive coefficient of thermal resistance; And
Including carbon nanotube fibers having a negative coefficient of thermal resistance,
The metal conductor and the carbon nanotube fiber are connected to an external conductor,
The metal conductor and the carbon nanotube fibers are configured to be connected to each other in parallel.
상기 탄소나노튜브 섬유는 상기 금속 도체의 사이에 위치하도록 더 구성된, 복합 저항체.
The method of claim 1,
The carbon nanotube fiber is further configured to be positioned between the metal conductors.
상기 금속 도체의 두께는 상기 금속 도체를 구성하는 금속의 침투 깊이(skin depth) 미만이도록 더 구성된, 복합 저항체.
The method of claim 2,
The composite resistor, further configured such that the thickness of the metal conductor is less than a skin depth of the metal constituting the metal conductor.
상기 탄소나노튜브 섬유와 상기 금속 도체는 평각 와이어 형태로 결합되도록 더 구성된, 복합 저항체.
The method of claim 3,
The carbon nanotube fiber and the metal conductor are further configured to be bonded in the form of a flat wire, a composite resistor.
상기 금속 도체는, 구리와 니켈을 포함하도록 더 구성된, 복합 저항체.
The method of claim 4,
The metal conductor is further configured to contain copper and nickel.
상기 탄소나노튜브 섬유는 -870 ppm/℃의 열저항 계수를 가지고,
상기 금속 도체는, 1100 ppm/℃의 열저항 계수를 가지도록 더 구성된, 복합 저항체.
The method of claim 5,
The carbon nanotube fiber has a heat resistance coefficient of -870 ppm/℃,
The metal conductor is further configured to have a coefficient of thermal resistance of 1100 ppm/°C.
양의 열저항 계수를 갖는 복수의 금속 도체를 압연하는 제1단계;
음의 열저항 계수를 갖는 탄소나노튜브 섬유를 상기 복수의 금속 도체 사이에 위치시키는 제2단계;
상기 복수의 금속 도체 및 상기 탄소나노튜브 섬유를 결합하여 복합 와이어를 생성하는 제3단계; 및
상기 복합 와이어를 저항 본체에 연결하여 상기 복합 저항체를 제조하는 제4단계를 포함하는, 제조방법.
In the manufacturing method for manufacturing a composite resistor,
A first step of rolling a plurality of metal conductors having a positive coefficient of thermal resistance;
A second step of placing carbon nanotube fibers having a negative thermal resistance coefficient between the plurality of metal conductors;
A third step of creating a composite wire by combining the plurality of metal conductors and the carbon nanotube fibers; And
And a fourth step of manufacturing the composite resistor by connecting the composite wire to a resistor body.
상기 제1단계는, 상기 금속 도체의 두께가 상기 금속 도체를 구성하는 금속의 침투 깊이 미만이 되도록 압연하는 것을 특징으로 하는, 제조방법.
The method of claim 7,
The first step, characterized in that rolling so that the thickness of the metal conductor is less than the penetration depth of the metal constituting the metal conductor.
상기 금속 도체는, 구리와 니켈을 포함하도록 더 구성된, 제조방법.
The method of claim 8,
The metal conductor is further configured to contain copper and nickel.
상기 탄소나노튜브 섬유는 -870 ppm/℃의 열저항 계수를 가지고,
상기 금속 도체는, 1100 ppm/℃의 열저항 계수를 가지도록 더 구성된, 제조방법.The method of claim 9,
The carbon nanotube fiber has a heat resistance coefficient of -870 ppm/℃,
The metal conductor is further configured to have a coefficient of thermal resistance of 1100 ppm/°C.
Priority Applications (1)
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